JP2005518175A - 充電池を内蔵した携帯用充電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】１台の充電装置で、家庭用交流電源及び自動車電源のいずれでも携帯電話などの充電池を容易に充電でき、さらに電源の無い場所でも充電できるようにした携帯端末用の充電装置を提供する。
【解決手段】交流電源接続部と、ＥＭＩフィルタと、整流部と、スイッチングモード電源供給部と、外部充電池接続部と、ＰＷＭ制御部と、内部充電池と、スイッチングトランジスタと、フォトカップラ、マイクロプロセッサとを含んで構成され、家庭用交流電源及び自動車電源のいずれでも携帯端末の充電を可能とし、さらに内蔵の充電池により電源の無い場所でも携帯端末を充電できるようにした。

Description

本発明は携帯電話、個人携帯端末機（ＰＤＡ）など（以下、「携帯電話など」と称する）の携帯用充電装置に係り、特に家庭用交流電源及び自動車電源の使用が困難な場所でも携帯電話などの充電池を容易に充電できるようにした、充電池を内蔵した携帯用充電装置に関する。
従来の携帯電話などの充電装置としてはデスクトップ充電器（ＤＴＣ：Ｄｅｓｋ Ｔｏｐ Ｃｈａｒｇｅｒ）と旅行者が使用する携帯用充電器、それから車両のシガレット・ジャック電源を充電電源として使う車両用充電器などがある。このうち、携帯用充電器は家庭用１１０Ｖ／２２０Ｖ交流電源を直流電源に整流した後、これをスイッチングモード電源供給部（ＳＭＰＳ：Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）を使って充電に適した所定電圧レベルの直流電源に降圧して携帯電話などの充電池を充電させる。
図１は従来の携帯用充電装置の構成を示した斜視図である。
図１において、１はスイッチングモード電源供給部と充電回路が内蔵された充電装置ボディ、２は家庭用電源コンセントに接続するための電源プラグ、３は携帯電話のインタフェース・コネクタに接続するためのインタフェース・ジャック（Ｊａｃｋ）、４は充電装置ボディ１とインタフェース・ジャック３を連結するためのケーブル、５は携帯電話、６は家庭用電源コンセントである。
従って、携帯電話５のインタフェース・コネクタにインタフェース・ジャック３を接続し、家庭用電源コンセント６に電源プラグ２を接続させると、電源プラグ２を通して充電装置ボディ１に印加された家庭用交流電源は所定電圧レベルの直流電源に変換され携帯電話５の充電池を充電させる。
しかし、前記携帯用充電器は、家庭用交流電源を供給する電源コンセント６が具備された場所でだけ利用可能なので、電源コンセント６がない場所または充電中の停電時には充電動作を行なえない問題点がある。このような問題点を解決するために提案されたものが前述した車両用充電器である。
しかし、これもユーザが車両から遠く離れている場合は利用できない不便がある。また、前記携帯用充電器及び車両用充電器の両方を使用するユーザの場合、二つの充電器を持ち運ぶ必要があり、また別途充電器を購入することが必要であり、携帯の困難性は勿論必要以上の費用が所要される。
また、既存の充電器は指定された携帯機器にだけ使用し、他の携帯機器には使用できない不便があった。
本発明は前述した事情に鑑みて案出されたもので、その目的は家庭用交流電源及び自動車電源の使用が困難な場所でも携帯電話などの充電池を容易に充電できるようになっており、一つの充電器で多様な全ての携帯機器に使用できるようにした充電池を内蔵した携帯用充電装置を提供するところにある。
前述した目的を達成するための本発明に係る充電池を内蔵した携帯用充電装置は、家庭用交流電源に電気的に接続するための交流電源接続部と、前記交流電源接続部を通して印加される交流電源のノイズ成分を除去するためのＥＭＩフィルタと、該ＥＭＩフィルタを通して印加される交流電源を直流電源に整流するための整流部と、前記整流部を通して入力される直流電源を所定のデューティ比によって断続して降圧された充電電流を出力するスイッチングモード電源供給部と、携帯電話などのインタフェース・コネクタを通して携帯電話などの充電池と電気的に接続するための外部充電池接続部と、所定の電圧制御信号に基づき前記外部充電池接続部に供給される充電電圧が所定の基準電圧に到達及び維持されるよう現在充電電圧の電圧レベルを調節するパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ制御部と、前記スイッチングモード電源供給部から出力される直流電源を充電電流にしてその電気エネルギーを貯蔵すると同時に、その電気エネルギーを携帯電話などの充電電流で供給する内部充電池と、前記ＰＷＭ制御部から出力されるパルス幅変調信号に応じて前記スイッチングモード電源供給部の出力端と前記内部充電池との接続ノードと前記外部充電池接続部との電気的接続をスイッチングするトランジスタと、所定の電流制御信号を光信号に変換し、その光信号を前記デューティ比を有する電気信号に変換して前記スイッチングモード電源供給部に印加するフォトカップラ、及び前記スイッチングモード電源供給部を通して出力される所定の電圧レベルの充電電流が前記外部充電池接続部及び内部充電池に供給されるよう前記スイッチングモード電源供給部の充電電流調節動作と前記ＰＷＭ制御部の充電電圧調節動作を制御すると同時に、前記内部充電池の充電電流が前記外部充電池接続部に供給されるよう前記電流制御信号及び電圧制御信号を出力するマイクロプロセッサを含んで構成されることを特徴とする。
また、本発明において前記充電池接続部は携帯電話などのインタフェース・コネクタを通して充電池の最大充電電圧と最大充電電流情報が含まれた所定の識別データが伝送され、前記マイクロプロセッサに印加し、前記マイクロプロセッサは前記識別データを判読して充電池の最大充電電圧及び充電電流値を設定し、これに基づき前記スイッチングモード電源供給部とＰＷＭ制御部の動作を制御するよう構成されることを特徴とする。
そして、本発明は自動車のシガレット・ジャック接続端子と接続され、所定電圧レベルの直流電源を供給されるための自動車電源接続部をさらに備え、前記マイクロプロセッサは前記自動車電源接続部から供給される充電電流が前記外部充電池接続部に印加されるよう前記ＰＷＭ制御部の充電電圧調節動作を制御するよう構成されることを特徴とする。
前述した構成によれば、家庭用交流電源及び自動車電源の使用が困難な場所でも携帯電話などの充電池を容易に充電できるようになる。
以下、添付した図面に基づき本発明に係る実施例を詳述する。
図２は本発明の一実施例による充電池を内蔵した携帯用充電装置の内部構成を示したブロック構成図である。
図２において、１１は家庭用電源である１１０Ｖまたは２２０Ｖの交流電源に電気的に接続するための交流電源接続部であり、１２は前記交流電源接続部１１を通して印加される交流電源のノイズ成分を除去するためのＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）フィルタであり、１３は前記ＥＭＩフィルタ１２を通して印加される交流電源を直流電源に整流するための整流部である。
図２において、１４は前記整流部１３を通して入力される直流電源を所定のデューティ比によって断続して降圧された充電電流を供給するスイッチングモード電源供給部（ＳＭＰＳ）であって、これは入力直流電源を断続して降圧された誘導電流を生成するコイル部１４１と、前記デューティ比によって前記コイル部１４１を断続して充電池に流入される充電電流量を調節するスイッチング制御部１４２を備えて構成される。
図２において、１５は携帯電話などのインタフェース・コネクタを通して携帯電話などの充電池と電気的に接続するための外部充電池接続部であって、これは携帯電話などのインタフェース・コネクタに接続されるインタフェース・ジャック（図示せず）を用いるようになる。
図２において、前記外部充電池接続部１５は図示していない充電池の充電端子、接地端子及び識別端子にそれぞれ電気的に接続されるよう陽極（＋）入力端、陰極（−）入力端及び識別データ入力端（ＩＮ）が具備され、充電池の識別端子から伝送された所定の識別データ（ＩＤ）を識別データ出力端（ＯＵＴ）を介して後述するマイクロプロセッサに印加する。前記識別データ（ＩＤ）は充電池の最大充電電圧と最大充電電流などのような特性情報を含んで構成される。
図２において、１６は後述するマイクロプロセッサから印加される所定の電圧制御信号に基づき前記外部充電池接続部１５に供給される充電電圧が所定の基準電圧に到達及び維持されるよう現在充電電圧の電圧レベルを調節するパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ（Ｐｌｕｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御部である。
図２において前記ＰＷＭ制御部１６の変調信号出力端はトランジスタＱ１のベース端に接続され、前記スイッチングモード 電源供給部１４の出力端は逆方向電流遮断用ダイオードＤ１を通してトランジスタＱ１のコレクタ端に接続され、前記外部充電池接続部１５の充電電流入力端はトランジスタＱ１のエミッタ端に接続され、そのエミッタ端は前記ＰＷＭ制御部１６の電圧帰還信号入力端に接続され構成される。
図２において、１７は前記スイッチングモード電源供給部１４から出力される直流電源を充電電流にしてその電気エネルギーを貯蔵する内部充電池であって、前記内部充電池１７は外部充電池接続部１５に供給される二次的な充電電源として働く。
そして、前記内部充電池１７は内部に過充電を防止するための所定の過充電防止回路を備えて構成され、前記過充電防止回路は公知の回路を用いるところ、これに対する詳細な説明は省く。
図２において、１８は後述するマイクロプロセッサから印加される所定の電流制御信号を光信号に変換し、その光信号を所定デューティ比を有する電気信号に変換して前記スイッチングモード電源供給部１４に印加するフォトカップラ（Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｕｐｌｅｒ）である。前記スイッチングモード電源供給部１４内のスイッチング制御部１４２は前記フォトカップラ１８を通して印加される電気信号を制御信号にしてコイル部１４１の動作を断続するようになる。
図２において参照番号１９は、前記スイッチングモード電源供給部１４を通して供給される所定電圧レベルの充電電流が外部充電池接続部１５、及び内部充電池１７に印加されるよう、前記スイッチングモード電源供給部１４の充電電流調節動作と、前記ＰＷＭ制御部１６との充電電圧調節動作を制御するマイクロプロセッサである。
前記マイクロプロセッサ１９は、携帯電話などの充電池を接続した時に、前記外部充電池接続部１５から伝送される該充電池の識別データ（ＩＤ）を判読して最大充電電圧及び充電電流値を設定し、これに基づき前記スイッチングモード電源供給部１４とＰＷＭ制御部１６との動作を制御する。
図３は図２に示された充電池を内蔵した携帯用充電装置の外観を示した斜視図であって、図３において図２に示されているような構成と同様な構成については同様な参照符号を付する。
図３において、１００は図２に説明した充電装置の内部構成（電気回路）が内挿された充電装置ボディである。前記充電装置ボディ１００の側面には家庭用電源コンセントに接続されるよう電源プラグ１１１の形成された交流電源接続部１１が取付けられる。
前記電源プラグ１１１は充電装置ボディ１００の内側に備えられた回転軸１１２を通して直角方向に折り畳まれて使用する時は充電装置ボディ１００の表面に直角に固定され（点線で示す）、使用しない時は充電装置ボディ１００の側面に形成された挿入溝１１３に安着されるよう構成される。
また、前記充電装置ボディ１００には携帯電話などのインタフェース・コネクタ（図１参照）に電気的に接続されるようケーブル１５１、インタフェース・ジャック１５２が形成された外部充電池接続部１５が取付けられ、携帯電話インタフェース・コネクタ（図示せず）の内部端子は外部充電池接続部１５の陽極（＋）端子、陰極（−）端子及び識別データ入力端子（ＩＮ）に電気的に接続され充電池の識別データを伝送し、本充電装置から充電電流を供給される。
以下、前述した構成よりなる本発明の動作を説明する。
先ず、携帯電話などの充電池充電電源が家庭用１１０Ｖ／２２０Ｖ交流電源の場合を説明する。旅行先などで携帯電話などを充電しようとするユーザは図３の電源プラグ１１１を家庭用電源コンセントに差込み、図３のインタフェース・ジャック１５２を携帯電話などのインタフェース・コネクタに接続させる。
図２の交流電源接続部１１を通して流入される交流電源はＥＭＩフィルタ１２を経ながらノイズ成分が遮断された後、整流部１３によって直流電源に整流され、整流された直流電源はスイッチングモード電源供給部１４に印加され、所定の動作電源供給回路（図示せず）を通して本充電装置に動作電源を供給するようになる。
本充電装置の動作電源は基本的に整流部１３を通してスイッチングモード電源供給部１４に印加される直流電源の一部を用いるようになり、携帯電話充電池の充電電源として内部充電池１７を用いる場合、その充電電源の一部を動作電源として用いるようになる。動作電源供給回路に関する説明は一般の内容であるところ、その詳細な説明は省く。
その後、マイクロプロセッサ１９は先ず既設定された内部充電池１７の最大充電電圧及び最大充電電流量によってフォトカップラ１８にパルス幅変調信号である所定の電流制御信号を印加した後、外部充電池接続部１５から伝送される携帯電話などの充電池の識別データ（ＩＤ）を判読して該充電池の最大充電電圧及び最大充電電流を設定し、該充電池の最大充電電圧をＰＷＭ制御部１６の基準電圧に設定する。
また、フォトカップラ１８は、マイクロプロセッサ１９から伝送される電流制御信号に対応するよう、所定デューティ比の電気信号をスイッチング制御部１４２に出力し、スイッチング制御部１４２は前記電気信号のデューティ比によってコイル部１４１の動作を断続することによって外部充電池接続部１５及び内部充電池１７に供給される充電電流量を調節する。
一方、ＰＷＭ制御部１６は、所定周期毎にトランジスタＱ１のエミッタ端と外部充電池接続部１５の接続ノードに印加される電圧（携帯電話などの充電池の現在充電電圧）と、設定された基準電圧とを比較して、現在充電電圧が設定された基準電圧に到達及び維持されるようトランジスタＱ１のオン／オフ駆動周期を調節する。
そして、現在充電電圧が基準電圧に達した場合、ＰＷＭ制御部１６はこれをマイクロプロセッサ１９に通報して、マイクロプロセッサ１９はこれに基づきスイッチングモード電源供給部１４から出力される充電電流量が次第に減少されるよう、所定の電流制御信号をフォトカップラ１８に印加する。
すなわち、マイクロプロセッサ１９は、まず既設定された内部充電池１７の最大充電電圧及び最大充電電流量によってスイッチングモード電源供給部１４の動作を制御する。携帯電話などの現在充電電圧状態によって、スイッチングモード電源供給部１４から出力される充電電流量を調節して、外部充電池接続部１５に接続された充電池の過充電を防止する。そして、内部充電池１７は満充電状態に達した場合、内部過充電防止回路を通してこれを感知して充電電流の流入を自動遮断する。
前述した動作によれば、スイッチングモード電源供給部１４から出力される充電電流は、ダイオードＤ１を経由して内部充電池１７を充電させることは勿論、外部充電池接続部１５に印加されて携帯電話などの充電池を安定的に充電させる。
以下、携帯電話などの充電池充電電源が内部充電池１７の場合を説明する。
先ず、内部充電池１７は前述した動作によって充電された状態であり、家庭用交流電源の利用が困難な場所などで携帯電話などを充電しようとするユーザは、図３のインタフェース・ジャック１５２を携帯電話などのインタフェース・コネクタに接続させる。
この場合、内部充電池１７の充電電流の一部は動作電源供給回路（図示せず）を通して本充電装置に動作電源に供給される。
その後、マイクロプロセッサ１９は外部充電池接続部１５から伝送される携帯電話などの充電池の識別データ（ＩＤ）を判読して、該充電池の最大充電電圧及び最大充電電流を設定し、その最大充電電圧をＰＷＭ制御部１６の基準電圧として設定する。
そして、ＰＷＭ制御部１６は、外部充電池接続部１５に接続された充電池の現在の充電電圧と設定された基準電圧とを比較して、現在充電電圧が設定された基準電圧に到達及び維持されるよう、トランジスタＱ１のオン／オフ駆動周期を調節して携帯電話などの充電池を充電させる。
本実施例において内部充電器１７はその充電電圧（例えば、８Ｖ以上）及び充電電流量を適切に選択して、外部充電池接続部１５に接続される各種の充電池の充電容量を受け入れるようにする。
図４は本発明の他の実施例による充電池を内蔵した携帯用充電装置の内部構成を示したブロック構成図であって、図４において図２に示された構成と同様な構成については同一な参照番号（符号）を付し、その詳細な説明は省く。
図４において参照番号２０は自動車のシガレット・ジャック接続端子（図示せず）と接続され所定電圧レベル（例えば、１２Ｖ内外）の直流電源（以下、「自動車電源」と称する）を供給されるための自動車電源接続部である。
図４において前記自動車電源接続部２０と内部充電池１７の接続ノードとの間には、自動車電源接続部２０から内部充電池１７への電流流入を遮断するためのダイオードＤ２が接続される。これは、一般に前記自動車電源の電圧レベルが内部充電池１７の最大充電電圧以上なので、内部充電池１７の損傷を防止するためである。
従って、内部充電池１７の最大充電電圧が自動車電源の電圧レベルと同等であるかそれ以上の場合にはダイオードＤ２を除去し、自動車電源を用いて携帯電話などの充電池を充電させると共に、内部充電池１７を充電させるようにすることも可能である。そして、自動車電源を用いた充電動作は前述した内部充電池１７を用いた充電動作と同一であるところ、その詳細な説明は省く。
以上述べたような本発明によれば、家庭用交流電源や自動車電源を使って携帯電話などの充電池を充電させることは勿論、家庭用交流電源及び自動車電源の使用が困難な場所でも、装置内の内部充電池を用いて一つの充電器で携帯電話など多様なデジタルモバイル機器の充電池を容易に充電することができる。
従来の携帯用充電装置の構成を示した斜視図。 本発明の一実施例による充電池を内蔵した携帯用充電装置の内部構成を示したブロック構成図。 図２に示された充電池を内蔵した携帯用充電装置の外観を示した斜視図。 本発明の他の実施例による充電池を内蔵した携帯用充電装置の内部構成を示したブロック構成図。
符号の説明
１１ 交流電源接続部
１２ ＥＭＩフィルタ
１３ 整流部
１４ スイッチングモード電源供給部
１４１ コイル部
１４２ スイッチング制御部
１５ 外部充電池接続部
１６ ＰＷＭ制御部
１７ 内部充電池
１８ フォトカップラ
１９ マイクロプロセッサ
２０ 自動車のシガレット・ジャック接続端子
１００ 充電装置ボディ
１１１ 電源プラグ
１１２ 回転軸
１１３ 挿入溝
１５１ ケーブル
１５２ インタフェース・ジャック

Claims (1)

  1. 携帯電話などの充電池を充電させる携帯用充電装置において、
    家庭用交流電源に電気的に接続するための交流電源接続部と、
    前記交流電源接続部を通して印加される交流電源のノイズ成分を除去するためのＥＭＩフィルタと、
    前記ＥＭＩフィルタを通して印加される交流電源を直流電源に整流するための整流部と、
    前記整流部を通して入力される直流電源を所定のデューティ比によって断続して降圧された充電電流を出力するスイッチングモード電源供給部と、
    携帯電話などのインタフェース・コネクタを通して携帯電話などの充電池と電気的に接続するための外部充電池接続部と、
    所定の電圧制御信号に基づき前記外部充電池接続部に供給される充電電圧が所定の基準電圧に到達及び維持されるよう現在充電電圧の電圧レベルを調節するパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ制御部と、
    前記スイッチングモード電源供給部から出力される直流電源を充電電流にしてその電気エネルギーを貯蔵すると同時に、その電気エネルギーを携帯電話などの充電電流に供給する内部充電池と、
    前記ＰＷＭ制御部から出力されるパルス幅変調信号に応じて前記スイッチングモード電源供給部の出力端と前記内部充電池との接続ノードと前記外部充電池接続部との間の電気的接続をスイッチングするトランジスタと、
    所定の電流制御信号を光信号に変換し、その光信号を前記デューティ比を有する電気信号に変換して前記スイッチングモード電源供給部に印加するフォトカップラと、
    前記スイッチングモード電源供給部を通して出力される所定電圧レベルの充電電流が前記外部充電池接続部及び内部充電池に供給されるよう前記スイッチングモード電源供給部の充電電流調節動作と前記ＰＷＭ制御部の充電電圧調節動作を制御すると同時に、前記内部充電池の充電電流が前記外部充電池接続部に供給されるよう前記電流制御信号及び電圧制御信号を出力するマイクロプロセッサとを含んで構成し、
    前記充電池接続部は、携帯電話などのインタフェース・コネクタを通して充電池の最大充電電圧と最大充電電流情報が含まれた所定の識別データを伝送して前記マイクロプロセッサに印加し、
    前記マイクロプロセッサは前記識別データを判読して充電池の最大充電電圧及び充電電流値を設定し、これに基づき前記スイッチングモード電源供給部とＰＷＭ制御部の動作を制御することを特徴とする充電池を内蔵した携帯用充電装置。
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